高速公路机电设施运营期养护质量评价方法研究

周晓旭，王玉强，白 磊

（1.山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032；2.运城南高速公路分公司，山西 运城 044031；3.山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

我国公路建设发展迅速，公路里程持续增长，截至2018年底，全国高速公路里程达到14 万km，公路路网布局日趋合理，公路技术等级和路面等级进一步提高，公路机电设施进一步完善，与此同时，机电设施在高速公路通车后运营管理过程中的作用也日益显著[1-2]。

目前，交通运输部对于建设期高速公路机电工程交竣工质量的检验评定已经颁布了《公路工程质量检验评定标准（第二册 机电工程）》（JTG F80/2—2004）；对于运营期的机电设施，2005年和2009年颁布了《公路机电设施维护技术指南》和《公路养护技术规范》（JTG H10—2009），为公路机电设施良好的运营状况提供了技术指导，而这些标准规范更多侧重于设备完好情况和设备养护的具体要求[2]，但对于运营期设备是否稳定运行、设备寿命、养护工作情况是否落实等方面没有具体说明和规定。

另外，运营和管理单位对于机电设施运营期养护要求更多体现在宏观层面，常规意义上的故障更多的是指系统功能的丧失[2-4]，对于营运过程中各类设备必然会出现的性能指标衰减和可靠性下降的情况，则较少评价，但机电设施在性能、可靠性等方面的技术状况在实际工作中对于高速公路运营管理又发挥着非常重要的作用[5-6]。

因此，随着社会公众对于高速公路服务要求的提高，行业监管单位和管养单位需要全面掌握机电设施的技术状况、健康状态、养护管理和使用寿命等情况，用最优性价比维护费用投入来保障高速公路机电设施的健康、可靠运行。因此，研究一套科学的高速公路机电设施运营期养护质量评价方法来辅助管养决策就显得更加紧迫和重要。

1 目标分析

本文根据高速公路机电设施的运营特点和管理实际需求，结合运营管理过程中存在的问题，通过获取高速公路机电设施各子系统使用性能的表征参数、寿命、故障、日常养护等信息，开展适用于高速公路机电设施运营期的运行状态检测和评价方法的研究工作，利用数学、计算机、统计等科学方法，确定机电设施运营期相关设备使用性能和管理等方面的评价指标，以及各个指标评价分项阈值，提出高效、可行的便于运管单位实际操作的机电设施运营期养护质量评价方法，并应用于高速公路机电设施的日常管理和养护，进一步为机电设施运营期养护质量评价体系的科学创建提供重要的技术参考。

2 研究路线

高速公路机电设施涉及的系统结构复杂，种类繁多，设备众多，各系统间都有一定的联系和交织，而研究内容又涉及运营管理、养护、检测、工程等方面内容，属于多对象多参数的研究问题。图1为本文高速公路机电设施运营期养护质量评价方法的研究路线。

图1 机电设施运营期养护质量评价方法研究路线

2.1 调查研究

通过文献检索、现场调研、理论分析等手段，对高速公路机电设施所涉及的标准、规范、论文、著作、历史数据、管理制度、养护资料、技术文件等相关资料进行调查研究，获取国内外高速公路机电设施养护相关技术资料，为高速公路机电设施运营期养护质量评价方法的科学研究提供数据和技术支撑。

2.2 质量评价指标选取

根据现行交通机电标准规范、高速公路机电设施运营和养护实际管理情况、设备关键技术参数、历史数据，以及日常维护、定期维护、定期检查等内容，获取能够表征高速公路机电设施运营期使用性能特征参数，进一步提取和筛选能够表征高速公路机电设施运营期使用性能的养护指标和技术评定指标，为评价方法提供基础指标层。

2.3 评价体系架构设计和评价方法

参照现行使用的标准规范的体系架构，对质量评价指标层进行分类梳理，以指标测试方法、效率、养护成本等为约束条件，确定评价分项分类，并按指标层、分项工程、分部工程、单位工程由小到大的层次结构，构建高速公路机电设施评价的结构体系，进一步研究高速公路运营期机电设施养护质量评价方法。

2.4 评价指标和方法验证及优化

将评价方法应用于运营高速公路进行实体工程项目的试验验证，在保障样本数量基础上，设置高速公路机电设施养护管理实际可接受水平、各养护质量评价指标和权重最优值，进一步修订或优化评价方法体系。

3 评价方法研究

高速公路机电设施运营期养护质量评价方法研究的基本思路是：以指标数值量化为核心，评价结果以数值直观呈现。

具体实施：根据高速公路运营期运维管理需求和设备技术指标状况，按养护管理、外观质量、技术指标、寿命评价、故障统计5 个评价分项，综合运用分类、归纳、分析、归一、数量统计等手段，确定运营期养护质量评价方法的分项指标、指标权重、计算方法等，其中，指标权重以标准规范、专家咨询、论证会、调查问卷等方式进行确定。

3.1 管理维护分项

管理维护分项是用来表征高速公路机电设施运管单位管理和养护效率的评价指标，可直接反映运管单位机电设施运营期的管理水平。该指标以日常维护、定期维护和定期检测的日常记录为依据，通过对设备管理维护的记录进行指标化和评价数值量化处理，并根据重要程度分配各个评价指标的量化权重，通过评价值计算方法分别得到单个设备和分项工程的评价得分。

单个设备管理维护评价值计算方法如式（1）所示；总体管理维护分项评价值是在单个设备评分基础上，采用累加平均值作为总体评价结果，计算方法如式（2）所示。

式中：PMEi为单个设备管理维护评价值得分；PDMi为单个设备日常维护指标得分；VDMi为单个设备日常维护指标权重值；PRMi为单个设备定期维护指标得分；VRMi为单个设备定期维护指标权重值；PRTi为单个设备定期检测指标得分；VRTi为单个设备定期检测指标权重值；N 为设备数量；PME为总体管理维护分项评价值。

3.2 外观质量分项

外观质量分项是用来表征高速公路机电设施运营期防腐和老化等外在质量状况的评价指标。该指标通过观察和必要的量测对设备外观整齐度、设备稳定性、牢固程度、划伤、刻痕、剥落、锈蚀等情况进行指标化和量化处理，确定合格判定阈值，并将设备外观指标化的最低值作为合格判断的最终得分。

单个设备的外观质量评价值计算方法如式（3）所示，总体外观质量分项评价值在单个设备评分基础上，采用累加平均值作为总体评价结果，计算方法如式（4）所示。

式中：PAPi为单个设备外观质量评价值得分；PINi为单个设备牢固程度指标得分；PRUi为单个设备锈蚀程度指标得分；PSCi为单个设备外观划伤程度指标得分；PCPi为单个设备防腐指标得分；N 为设备数量；PAP为总体外观质量分项评价值。

3.3 技术指标分项

技术指标分项是用来表征高速公路机电设施运营期实际性能状况的评价指标，该指标以机电设施可用仪器设备实测的具体指标参数为评价基础，通过对实测指标进行数值量化，根据重要程度分配各个评价指标的量化权重，但对于可决定机电设备功能的关键性指标可直接判定设备功能丧失与否。

单个设备技术指标评价值计算方法如式（5）所示，总体技术指标分项评价值在单个设备评分基础上，采用累加平均值作为总体评价结果，计算方法如式（6）所示。

式中：PTEi为单个设备技术指标评价值得分；PKTi为单个设备关键指标判定，取值0 和1；PGTi为单个设备技术指标得分；VGTi为单个设备技术实测得分；NGTi为单个设备技术实测权重值；N 为设备数量；PTE为总体技术指标分项评价值。

3.4 寿命评价分项

寿命评价分项是用来表征高速公路运营期机电设施服役寿命状况的评价指标。该指标通过将不同机电设备的使用寿命或使用次数等反映寿命状况的指标进行归一化处理，得到统一评价标准来对寿命状况进行评价，本指标评价确定的难点是需要获取各类机电设施一般使用寿命或使用次数等。

单个设备寿命评价值计算方法如式（7）所示，总体寿命评价分项评价值在单个设备评分基础上，采用累加平均值作为总体评价结果，计算方法如式（8）所示。

其中：PLEi为单个设备寿命评价值得分；LCLi为单个设备使用寿命（时间、次数等）；LTHi为单个设备寿命参考阈值；N 为设备数量；PLE为总体寿命评价分项评价值。

3.5 故障统计分项

故障统计分项是用来表征高速公路在用机电设施实际使用状况的评价指标，通过机电设施的故障情况反映故障发生频率较高的设备和品牌，为高速公路机电设备运营期养护和更新报废提供决策依据。进一步，可制订机电设备厂家的黑白名单，提高机电设备准入门槛，促进高速公路机电设施整体质量水平的提升。本指标的判定阈值以年为单位的一般设备故障发生的频次为基准。

单个设备故障统计分项评价值计算方法如式（9）所示，总体故障统计分项评价值在单个设备评分基础上，采用累加平均值作为总体评价结果，计算方法如式（10）所示。

式中：PFSi为单个设备故障统计评价值得分；NFi为单个设备一定时间间隔范围内的故障数量；TY为时间间隔，以年为单位；NTNi为单个设备一般故障发生频次参考阈值；N 为设备数量；PFS为总体故障统计分项评价值。

4 结论

本文从高速公路机电设施运营期养护需求出发，面对机电系统结构复杂、设备种类繁多、运营维护需求多元等实际状况，综合运用分类、归纳、分析、归一、数量统计等手段开展多参数多对象的探索性研究工作，并提出了一种面向高速公路机电设施运营期养护质量的数值量化评价方法，通过将管理、运营、外观、技术等方面的内容指标化、数值化，以评分的方式将机电设施运营期质量情况直观地呈现给管理和养护人员，指导其机电设备日常管理和养护。另外，本文评价方法已在运城南高速公路分公司进行了一定试验性的应用和实施，取得了一定的研究结果。随着研究的不断深入和应用实施，评价方法还需进一步调整、完善和优化。